浅谈MOSFET产品失效分析及改善措施

王立国，周 莹

(天水华天科技股份有限公司，甘肃天水741000)

MOSFET 产品采用最新低内阻、大电流的UMOS4 工艺，极大地降低开关损耗，凭借卓越可靠的性能优势，MOSFET 产品已被广泛应用于汽车电子设备、个人电脑、手机、电机驱动、LED、电源等领域。为此，本文主要介绍了MOSFET 工作原理，以及其在封装工艺中需要注意的事项，并对MOSFET 产品在封装过程出现的异常现象进行了分析，提出了改善措施。

1 MOSFET 电路封装工艺及注意事项

传统集成电路封装的主要工艺有减薄、划片、上芯、压焊、塑封、电镀、打印、切筋成型、测试、包装发货，其封装流程如图1 所示。

与传统集成电路相比，由于MOSFET 产品的特殊性，其芯片首先背面必须是镀金或镀银产品。镀金或镀银的晶圆来料时已经完成，不需要二次减薄，在封装工艺上需要注意二个方面的管控。一是在上芯时要求采用的粘片胶含银量要比其它粘片胶高，同时导热系数要大于其它导电胶；二是在压焊时，为了保证S 极的外接电阻要小，要求源极S 多焊线，焊线要尽可能短且焊线要粗。图2 是MOSFET 产品的电路符号与正式产品的对应图。

图1 传统集成电路流程图

图2 MOSFET 电路示意图与正式产品的对应图

2 MOSFET 电路常见的失效模式及失效分析流程

Mo sfet 常见的失效模式[1]有：RDSON(source-to-drain on-resistance)，IDSS(source-to-drain on-creepage)，IGSS (source-to-gate on-creepage)，ISGS (source-to-gate electricity)，BVDSS(source-todrain breakdown voltage)，VTH (threshold vltage)。RDSON 是指源极和漏极之间的导通电阻，当RDSON 偏大时，表示源极和漏极之间的导通电阻超出规格限制，对应实物图就是芯片下面的导通电阻偏大，也就意味着芯片的下表面和粘片胶之间出现分层，这样RDSON 的失效分析方案如图3所示。

图3 RDSON 失效分析方案

具体实施是先通过FT 测试判定是否为RDSON 失效，然后结合SAT 扫描和X 光判定失效发生的具体位置，最后通过Cross-Section 做最终判定RDSON 失效的具体原因，图4 是分析案例结果。

由于产品在上机过程中塑封体受热，粘片胶中的水份或气泡膨胀产生分层，导致RDSON 偏大，图5 是温度对RDSON 的影响及T-SCAN 对应图，通过验证进一步说明了加热会使RDSON偏大，超出规格限制。

IDSS 和IGSS 是漏电，ISGS 是开短路，BVDSS是击穿电压,VTH 阈值电压，这些失效和IC 芯片的封装有很大的关联。在封装过程芯片表面分层会引起IDSS/IGSS 漏电失效，芯片损伤会造成IS-GS/VTH 失效，弹坑则会造成BVDSS 及ISGS 失效。这些异常和封装缺陷相互交织，通常采用图6所示的分析方案，分析方案的思路是先做无损分析，而后做破损性分析，以检验失效的具体原因。

图4 失效分析案例

图5 温度对RDSON 的影响及T-SCAN 对应图

图6 IDSS/IGSS/ISGS/BVDSS/VTH 分析方案图

3 失效改善措施

MOSFET 产品RDSON 失效，主要原因有：（1）芯片背金、背银质量做的不好，需要从晶圆制作工艺上改善；（2）封装方面分层的改善，除了采用防分层特殊管控外，还需要从封装材料上改善。比如采用与芯片匹配的框架，来防止产生分层，图7 就是一款改进后的框架，有效地防止了分层产生，从而保证RDSON 在规格范围之内。同时采用含有Spacer 的导电胶以确保粘片胶的厚度。如图7 所示在框架上增加锁定孔和减少镀银面积，防止分层的产生。

图7 框架改善前后对比图

IDSS，IGSS，ISGS，BVDSS 和VTH 参数的失效是比较常见的，可以通过正常封装工艺，加强管控来完成。为了防止MOSFET 产品的芯片损伤，在提高晶圆质量的同时需要采用材质比较柔和的软吸嘴，防止在粘片过程造成损伤。而弹坑则需要在首件加工时，设置最佳工艺参数范围和弹坑检验来确保不会出现质量问题。

4 结束语

通过上述验证的结果，说明MOSFET 产品的封装不仅要加强工艺管控，更应该在产品的设计之初，就考虑到可能发生的质量问题，从源头上杜绝可能出现的异常问题，只有设计上过关了，才能生产出高质量的产品，也就是从FMEA 入手，往最坏处着想，往最好处努力。随着封装技术的高速发展，MOSFET 产品的使用会越来越广，对MOSFET 产品的封装质量要求也会越来越高，只有不断地完善封装工艺，并且结合实际生产和使用过程中遇到的问题，从产品的设计、材料的选用和工艺的管控上不断地改善，才能保证质量，做出高品质的产品，满足市场的需要，提高市场占有率。

[1] 谢嘉奎. 电子线路（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，1979.101-137.